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Optik: Glaskügelchen machen Mikroskop richtig scharf

Mikroskop
Mit Hilfe winziger Glaskügelchen haben britische Wissenschaftler das Auflösungsvermögen eines gewöhnlichen Lichtmikroskops so weit verstärkt, dass es Objekte von der Größe einzelner Viren aufnehmen kann. Herkömmliche Lichtmikroskope können keine Details auflösen, die kleiner sind als rund 200 Nanometer (millionstel Millimeter). Viele Bestandteile von Zellen wie etwa die Mitochondrien können daher nicht in Detail untersucht werden. Grund dafür ist die so genannte abbesche Auflösungsgrenze, die bei etwa der Hälfte der verwendeten Lichtwellenlänge liegt. Diese Grenze haben die Physiker von der University of Manchester überwunden.

Ihr Mikroskop löse Einzelheiten bis zu einer Grüöße von 50 Nanometern auf, schreiben die Wissenschaftler um Zengbo Wang. Zwar erreichten so genannte Superlinsen schon vorher eine ähnlich gute Auflösung, und außerdem ist es mit speziellen Verfahren der so genannten Fluoreszenzmikroskopie möglich, Objekte von weniger als 50 Nanometer Größe abzubilden. Doch bei dieser Variante können nur vorher mit Farbstoffen markierte Zellbestandteile indirekt beobachtet werden, was mit der neuen Technik umgangen wird. Die Forscher um Wang heben zudem hervor, dass die genannten Methoden auf Laserlicht angewiesen seien, während ihr Nanoskop mit gewöhnlichem weißem Licht aus einer Halogenlampe arbeite. Dadurch wird das direkte Anschauen von nanometergroßen Strukturen möglich.

Alte und neue Technik im Vergleich | Das Bild zeigt Aufnahmen eines herkömmlichen Elektronenmikroskops und des neuen Verfahrens, das eine bessere Auflösung ermöglicht: oben Blu-Ray-Disk, unten Stern auf einer DVD.
Die wenige tausendstel Millimeter großen Glaskügelchen liegen auf dem Objekt, das von unten oder von oben beleuchtet wird. Die Kugeln fangen so genannte evaneszente Wellen auf, die normalerweise auf dem Weg zum Objektiv eines Mikroskops verloren gehen, da sie noch sehr nah am Objekt abklingen. Sie enthalten aber Informationen über Details des Objekts, die kleiner als 200 Nanometer sind. Die Kügelchen erzeugen ein vergrößertes virtuelles Bild, das dann vom Mikroskop aufgelöst werden kann.

Auf diese Weise haben die Forscher um Wang 50 Nanometer messende Poren in einer fischnetzartigen Probe aus Aluminiumoxid sowie die Details einer Blu-Ray-Disk aufgenommen. Da viele der Kügelchen nebeneinanderlagen, konnten sie größere Bereiche der Proben abbilden. Durch Verbesserung der Methode sei eine Auflösung von weniger als 20 Nanometern möglich, schreiben die Forscher, und damit die direkte Beobachtung von Viren oder des Innenlebens von Zellen. (cm)

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  • Quellen
Nature Comm. 10.1038/ncomms1211, 2011

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